FR3132803A1 - Process for manufacturing a rotor for an electric machine - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de fabrication d’un rotor (1) pour machine électrique comprenant un corps (10) et au moins un aimant (20) qui est porté par le corps et qui comprend au moins un premier aimant unitaire (21) et au moins un second aimant unitaire (22), ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - formation du premier aimant unitaire par dépôt d’une matière magnétique sur un support (30) distinct du corps ; - fixation du support par rapport au corps. Figure pour l’abrégé : Fig.1The invention relates to a method for manufacturing a rotor (1) for an electric machine comprising a body (10) and at least one magnet (20) which is carried by the body and which comprises at least a first unitary magnet (21) and at least one second unitary magnet (22), said method comprising the following steps: - forming the first unitary magnet by depositing a magnetic material on a support (30) separate from the body; - fastening of the support relative to the body. Figure for abstract: Fig.1
Description
La présente invention concerne de manière générale les machines électriques.The present invention generally relates to electrical machines.
Elle concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d’un rotor pour machine électrique pour machine électrique à flux radial ou axial.It relates more particularly to a method of manufacturing a rotor for an electrical machine for a radial or axial flux electrical machine.
Elle concerne également un rotor fabriqué selon ce procédé.It also relates to a rotor manufactured according to this process.
L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans les moteurs électriques pour véhicules automobiles électriques ou hybrides.The invention finds a particularly advantageous application in electric motors for electric or hybrid motor vehicles.
Une machine électrique comprend généralement un stator et un rotor. Le rotor porte une série de grands aimants permanents, tandis qu'une série de bobines est portée par le stator. Quand les bobines sont alimentées par un courant électrique, le rotor, qui est solidarisé à l'arbre de sortie de la machine électrique, est soumis à un couple résultant du champ magnétique.An electric machine generally includes a stator and a rotor. The rotor carries a series of large permanent magnets, while a series of coils are carried by the stator. When the coils are powered by an electric current, the rotor, which is attached to the output shaft of the electric machine, is subjected to a torque resulting from the magnetic field.
On connait du document « Novel Multi-layer Design and Additive Manufacturing Fabrication of a High Power Density and Efficiency Interior PM Motor, 2020 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2020, pp. 3601-3606, M. Ibrahim, F. Bernier and J. -M. Lamarre » des rotors dans lequel les aimants permanents sont formés par projection dynamique à froid, procédé plus connu sous le nom anglais de « cold spraying ». La projection étant réalisée « à froid », typiquement entre 100 °C et 200 °C, elle ne déforme pas le corps du rotor. Elle permet aussi de fixer directement les grands aimants permanents sur le corps du rotor et dispense ainsi de recourir à une étape supplémentaire de fixation des aimants. Enfin, du fait de leur formation par projection à froid sur le corps du rotor, les aimants sont solidement fixés sur ce dernier.We know from the document “Novel Multi-layer Design and Additive Manufacturing Fabrication of a High Power Density and Efficiency Interior PM Motor, 2020 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2020, pp. 3601-3606, M. Ibrahim, F. Bernier and J. -M. Lamarre” rotors in which the permanent magnets are formed by cold dynamic spraying, a process better known under the English name “cold spraying”. Since the projection is carried out “cold”, typically between 100°C and 200°C, it does not deform the body of the rotor. It also allows the large permanent magnets to be directly fixed to the body of the rotor and thus eliminates the need for an additional step of fixing the magnets. Finally, due to their formation by cold spraying on the rotor body, the magnets are securely fixed to the latter.
Toutefois, ces grands aimants permanents sont sujets à des pertes énergétiques dues aux courants de Foucault les parcourant lorsque la machine électrique est en fonctionnement, ce qui limite les performances de la machine électrique.However, these large permanent magnets are subject to energy losses due to the eddy currents flowing through them when the electrical machine is in operation, which limits the performance of the electrical machine.
Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose de segmenter ces grands aimants permanents en une pluralité d’aimants unitaires tout en les formant par dépôt d’une matière magnétique. De préférence, ladite matière est aussi métallique.In order to remedy the aforementioned drawback of the state of the art, the present invention proposes to segment these large permanent magnets into a plurality of unit magnets while forming them by deposition of a magnetic material. Preferably, said material is also metallic.
Plus particulièrement, on propose selon l’invention un procédé de fabrication d’un rotor pour machine électrique comprenant un corps et au moins un aimant qui est porté par le corps et qui comprend au moins un premier aimant unitaire et au moins un second aimant unitaire, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- formation du premier aimant unitaire par dépôt d’une matière magnétique sur un support distinct du corps ;
- fixation du support au corps.More particularly, according to the invention, we propose a method of manufacturing a rotor for an electric machine comprising a body and at least one magnet which is carried by the body and which comprises at least one first unit magnet and at least one second unit magnet , said method comprising the following steps:
- formation of the first unit magnet by depositing a magnetic material on a support separate from the body;
- fixing the support to the body.
Ainsi, grâce à l’invention, l’aimant est divisé en plusieurs aimants unitaires. Les aimants unitaires constituent alors des portions de l’aimant qui sont davantage isolées électriquement les unes des autres que leur équivalent sous forme d’un seul aimant monobloc. Cela permet de réduire les courants de Foucault au sein de l’aimant et donc de réduire les pertes énergétiques. Les performances de la machine électrique sont ainsi augmentées par rapport à l’utilisation des grands aimants permanents monoblocs de l’art antérieur.Thus, thanks to the invention, the magnet is divided into several unit magnets. The unit magnets then constitute portions of the magnet which are more electrically isolated from each other than their equivalent in the form of a single monobloc magnet. This reduces eddy currents within the magnet and therefore reduces energy losses. The performance of the electric machine is thus increased compared to the use of large one-piece permanent magnets of the prior art.
Selon l’invention, le dépôt d’une matière magnétique, préférablement aussi métallique, est un procédé de fabrication additive, c’est-à-dire par ajout de matière, tel que la projection à froid d’une matière magnétique ou l’impression magnétique, plus connue sous le nom d’impression 3D.According to the invention, the deposition of a magnetic material, preferably also metallic, is an additive manufacturing process, that is to say by adding material, such as the cold projection of a magnetic material or the magnetic printing, better known as 3D printing.
De manière contre-intuitive, l’invention propose donc de réaliser des aimants unitaires par dépôt d’une matière magnétique sur un support distinct du corps du rotor. En effet, bien que les aimants ne soient pas formés directement sur le corps et que leur fixation soit ainsi moins résistante aux contraintes mécaniques et plus complexe que dans l’art antérieur, cela permet de diviser l’aimant en aimants unitaires et de réduire les courants de Foucault.Counterintuitively, the invention therefore proposes to produce unit magnets by depositing a magnetic material on a support separate from the body of the rotor. Indeed, although the magnets are not formed directly on the body and their attachment is thus less resistant to mechanical stress and more complex than in the prior art, this makes it possible to divide the magnet into unit magnets and to reduce the eddy currents.
En d’autres termes, l’augmentation des performances énergétiques du rotor fabriqué selon le procédé conforme à l’invention est bien privilégiée.In other words, increasing the energy performance of the rotor manufactured according to the process according to the invention is favored.
D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé de fabrication d’un rotor pour machine électrique conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- l’étape de fixation comprend le positionnement d’une face du premier aimant unitaire en regard et à une distance inférieure à 1 mm d’une face du second aimant unitaire ;
- le procédé comprend une étape de formation du second aimant unitaire par dépôt d’une matière magnétique sur le corps ;
- le corps comprend un empilement de tôles métalliques et dans lequel le second aimant unitaire est formé par dépôt d’une matière magnétique sur au moins deux desdites tôles métalliques ;
- ledit au moins un second aimant unitaire présente une forme complémentaire de celle dudit au moins un premier aimant unitaire et l’étape de fixation comprend l’emboitement dudit au moins un premier aimant unitaire avec ledit au moins un second aimant unitaire ;
- le support est réalisé dans un matériau magnétiquement conducteur et, à l’étape de fixation du support, il est prévu de positionner le support en périphérie du rotor ;
- le premier aimant unitaire est formé sur une surface interne du support et il est prévu une étape de formation du second aimant unitaire par dépôt d’une matière magnétique sur une surface externe du support opposée à la surface interne ;
- ledit support est réalisé dans un matériau électriquement isolant ;
- le corps comprend au moins un logement et, à l’étape de fixation du support, il est prévu de d’insérer le support dans ledit logement.Other advantageous and non-limiting characteristics of the process for manufacturing a rotor for an electric machine according to the invention, taken individually or in all technically possible combinations, are as follows:
- the fixing step comprises positioning one face of the first unit magnet opposite and at a distance less than 1 mm from one face of the second unit magnet;
- the method comprises a step of forming the second unit magnet by depositing a magnetic material on the body;
- the body comprises a stack of metal sheets and in which the second unitary magnet is formed by depositing a magnetic material on at least two of said metal sheets;
- said at least one second unit magnet has a shape complementary to that of said at least one first unit magnet and the fixing step comprises the nesting of said at least one first unit magnet with said at least one second unit magnet;
- the support is made of a magnetically conductive material and, in the stage of fixing the support, it is planned to position the support at the periphery of the rotor;
- the first unit magnet is formed on an internal surface of the support and there is provided a step of forming the second unit magnet by depositing a magnetic material on an external surface of the support opposite the internal surface;
- said support is made of an electrically insulating material;
- the body comprises at least one housing and, in the step of fixing the support, it is planned to insert the support into said housing.
L’invention propose également un rotor pour machine électrique comprenant :
- un corps ;
- au moins un aimant qui est porté par le corps ; et
- un support distinct du corps et rapporté sur le corps ;
ledit aimant comprenant au moins :
- un premier aimant unitaire qui formé par dépôt d’une matière magnétique sur le support ; et un second aimant unitaire.The invention also proposes a rotor for an electric machine comprising:
- a body ;
- at least one magnet which is carried by the body; And
- a support distinct from the body and attached to the body;
said magnet comprising at least:
- a first unitary magnet which is formed by depositing a magnetic material on the support; and a second unit magnet.
Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.Of course, the different characteristics, variants and embodiments of the invention can be associated with each other in various combinations as long as they are not incompatible or exclusive of each other.
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.The description which follows with reference to the appended drawings, given as non-limiting examples, will make it clear what the invention consists of and how it can be carried out.
Sur les dessins annexés :On the attached drawings:
En préliminaire on notera que les éléments identiques ou similaires des différents modes de réalisation de l’invention représentés sur les figures seront, dans la mesure du possible, référencés par les mêmes signes de référence et ils ne seront pas décrits à chaque fois.As a preliminary note, it will be noted that the identical or similar elements of the different embodiments of the invention represented in the figures will, as far as possible, be referenced by the same reference signs and they will not be described each time.
Sur la
Ce rotor 1 est ici prévu pour faire partie d’une machine électrique à flux radial, cette machine étant en l’espère un moteur pour propulser un véhicule électrique ou hybride. Une telle machine comprend un rotor et un stator. L’invention est particulièrement adaptée à la fabrication d’une machine électrique présentant une plage étendue de valeurs de vitesses de rotation.This rotor 1 is here intended to form part of a radial flow electric machine, this machine hopefully being a motor for propelling an electric or hybrid vehicle. Such a machine includes a rotor and a stator. The invention is particularly suitable for the manufacture of an electrical machine having a wide range of rotational speed values.
Comme le montre la
De son côté, le stator (non représenté) présente aussi une forme tubulaire et entoure le rotor 1. En pratique, le stator et le rotor 1 sont co-axialement alignés autour de l’axe de rotation A1. Sur sa face intérieure orientée vers le rotor 1, le stator comprend des dents autours desquelles sont enroulées des bobines de fil électriquement conducteur. A tire indicatif, le stator est également compatible avec un bobinage épingle (« hairpin winding » en langue anglaise). Lorsque ces bobinages sont alimentés en courant électrique, ils génèrent un champ magnétique tournant entrainant notamment les aimants permanents, ce qui permet mettre en mouvement le rotor 1.For its part, the stator (not shown) also has a tubular shape and surrounds the rotor 1. In practice, the stator and the rotor 1 are co-axially aligned around the axis of rotation A1. On its inner face oriented towards the rotor 1, the stator comprises teeth around which coils of electrically conductive wire are wound. As an indication, the stator is also compatible with a hairpin winding. When these windings are supplied with electric current, they generate a rotating magnetic field driving the permanent magnets in particular, which allows the rotor 1 to move.
L’invention porte plus précisément sur le rotor 1.The invention relates more precisely to the rotor 1.
Comme cela apparait sur la
Le rotor 1 comprend aussi une pluralité de supports 30. Le rotor 1 comprend plus spécifiquement un support 30 pour chaque aimant 20, c’est-à-dire ici seize supports 30 et aimants 20. Chaque support 30 est une pièce distincte du corps 10 dans le sens où le matériau formant le corps 10, c’est-à-dire ici les tôles métalliques 15, ne forme pas les supports 30. Comme expliqué par la suite, cela se traduit ici par le fait que les supports 30 sont fabriqués séparément du corps 10 puis rapportés sur ce dernier.The rotor 1 also comprises a plurality of supports 30. The rotor 1 more specifically comprises a support 30 for each magnet 20, that is to say here sixteen supports 30 and magnets 20. Each support 30 is a separate part of the body 10 in the sense that the material forming the body 10, that is to say here the metal sheets 15, does not form the supports 30. As explained subsequently, this results here in the fact that the supports 30 are manufactured separately from the body 10 then attached to the latter.
Comme le montre la
Les aimants unitaires formant un même aimant 20 sont agencés côte-à-côte. Deux aimants unitaires formant un même aimant 20 agencés côte-à-côte sont adjacents dans le sens où ils sont situés à une très faible distance, par rapport à leur taille respective, l’un de l’autre. Typiquement, deux aimants unitaires adjacents sont situés à moins de 1 mm l’un de l’autre.The unit magnets forming the same magnet 20 are arranged side by side. Two unit magnets forming the same magnet 20 arranged side by side are adjacent in the sense that they are located at a very small distance, relative to their respective size, from each other. Typically, two adjacent unit magnets are located within 1 mm of each other.
Comme le montre la
Le rotor 1 est fabriqué selon un procédé comprenant les étapes principales suivantes :
- formation des premiers aimants unitaires 21 par dépôt d’une matière magnétique sur les supports 30 ;
- fixation des supports 30 par rapport au corps 10 ou sur le corps 10.The rotor 1 is manufactured according to a process comprising the following main steps:
- formation of the first unit magnets 21 by depositing a magnetic material on the supports 30;
- fixing the supports 30 relative to the body 10 or on the body 10.
De préférence, la matière magnétique est aussi métallique. Ce procédé comprend plus particulièrement une première étape de fourniture ou de fabrication du corps 10. Ici, la première étape comprend la découpe des tôles métalliques 15 à la forme souhaitée, par exemple la forme représentée en
Le procédé comprend ensuite une seconde étape de fourniture ou de fabrication des supports 30.The method then comprises a second step of supplying or manufacturing the supports 30.
Une troisième étape du procédé comprend la formation des premiers aimants unitaires 21 sur les supports 30.A third step of the process includes the formation of the first unit magnets 21 on the supports 30.
Au cours de la troisième étape, les premiers aimants unitaires 21 sont formés par dépôt d’une matière magnétique, de préférence aussi métallique. On entend ici par matière « magnétique » une matière qu’il est possible de magnétiser pour qu’elle génère un champ magnétique permanent ou bien une matière qui présente déjà un champ magnétique permanent, des exemples sont donnés ci-après. Les premiers aimants unitaires 21 sont ainsi formés par fabrication additive, par opposition à une fabrication soustractive (telle que l’usinage). Ici, les premiers aimants unitaires 21 sont plus particulièrement formés par projection dynamique à froid d’une matière magnétique, appelée par la suite « projection à froid ». La projection à froid est un procédé plus connu sous le nom anglais de « cold spray ». Elle consiste à projeter une poudre magnétique, de préférence aussi métallique, à une vitesse supersonique via un gaz amené sous pression et chauffé. Les premiers aimants unitaires 25 sont ainsi, par construction, solidement fixés aux supports 30.During the third step, the first unit magnets 21 are formed by deposition of a magnetic material, preferably also metallic. Here, “magnetic” material means a material that can be magnetized so that it generates a permanent magnetic field or a material that already has a permanent magnetic field, examples are given below. The first unit magnets 21 are thus formed by additive manufacturing, as opposed to subtractive manufacturing (such as machining). Here, the first unit magnets 21 are more particularly formed by dynamic cold projection of a magnetic material, subsequently called “cold projection”. Cold spraying is a process better known by the English name “cold spray”. It consists of projecting a magnetic powder, preferably also metallic, at supersonic speed via a gas brought under pressure and heated. The first unit magnets 25 are thus, by construction, solidly fixed to the supports 30.
La poudre magnétique projetée est par exemple un mélange de deux poudres : une première poudre magnétique ayant une rémanence supérieure à 700 mT qui peut être un alliage comprenant du néodyme, du praséodyme, du fer ou du bore, et une deuxième poudre magnétique par exemple d’aluminium ou de cuivre. Pour la deuxième poudre, l’utilisation de poudres d’alliages d’aluminium, ou d’alliages de cuivre, d’alliages ferreux ou de poudres polymères est également possible. Le ratio de mélange entre la première poudre et la deuxième poudre est par exemple compris entre 1:2 et 9:10. La granulométrie des première et deuxième poudres est de préférence comprise entre 5 µm et 40 µm pour permettre une projection efficace.The projected magnetic powder is for example a mixture of two powders: a first magnetic powder having a remanence greater than 700 mT which can be an alloy comprising neodymium, praseodymium, iron or boron, and a second magnetic powder for example of aluminum or copper. For the second powder, the use of aluminum alloy powders, or copper alloys, ferrous alloys or polymer powders is also possible. The mixing ratio between the first powder and the second powder is for example between 1:2 and 9:10. The particle size of the first and second powders is preferably between 5 μm and 40 μm to allow effective projection.
Une quatrième étape du procédé comprend la formation des seconds aimants unitaires 22. Les seconds aimants unitaires 22 peuvent être formés sur le corps 10 (premier mode illustré sur la
Au cours de cette quatrième étape, les seconds aimants unitaires 22 sont également formés par dépôt d’une matière magnétique et plus particulièrement par projection à froid.During this fourth step, the second unit magnets 22 are also formed by deposition of a magnetic material and more particularly by cold spraying.
En variante, les aimants unitaires peuvent être formés par d’autres procédés de fabrication additive tels que l’impression 3D de matière magnétique, par exemple en déposant une poudre magnétique et en la faisant fondre localement au moyen d’un faisceau laser.Alternatively, unit magnets can be formed by other additive manufacturing processes such as 3D printing of magnetic material, for example by depositing magnetic powder and melting it locally using a laser beam.
Le procédé comprend enfin une cinquième étape de fixation des supports 30 par rapport au corps 10. La cinquième étape permet de fixer la position des supports 30 et des aimants 20 par rapport au corps 10 conformément à leur position finale dans la machine électrique.The method finally comprises a fifth step of fixing the supports 30 relative to the body 10. The fifth step makes it possible to fix the position of the supports 30 and the magnets 20 relative to the body 10 in accordance with their final position in the electrical machine.
Le premier mode de réalisation du procédé de fabrication du rotor 1 selon l’invention est représenté sur les figures 1 à 6.The first embodiment of the method of manufacturing the rotor 1 according to the invention is shown in Figures 1 to 6.
Ce premier mode de réalisation se caractérise par le fait que, lors de la quatrième étape, les seconds aimants unitaires 22 sont formés directement sur le corps 10. Cela signifie ici que les seconds aimants unitaires 22 sont déposés par projection à froid sur les tôles métalliques 15 du corps 10. Les seconds aimants unitaires 22 sont ainsi solidement fixés au corps 10.This first embodiment is characterized by the fact that, during the fourth step, the second unit magnets 22 are formed directly on the body 10. This means here that the second unit magnets 22 are deposited by cold spraying on the metal sheets 15 of the body 10. The second unit magnets 22 are thus solidly fixed to the body 10.
De façon remarquable les seconds aimants unitaires 22 s’étendent chacun sur au moins deux tôles métalliques 15 du corps 10, ce qui améliore la cohésion des tôles métalliques 15. De préférence, comme schématisé sur la
Dans ce premier mode de réalisation, les supports 30 sont de préférence eux aussi formés par un empilement, selon l’axe de rotation A1, de tôles métalliques qui sont par exemple réalisées dans le même matériau que celui du corps 10. Pour chaque support 30, les premiers aimants unitaires s’étendent alors sur plusieurs tôles métalliques, ce qui améliore leur cohésion.In this first embodiment, the supports 30 are also preferably formed by a stack, along the axis of rotation A1, of metal sheets which are for example made of the same material as that of the body 10. For each support 30 , the first unit magnets then extend over several metal sheets, which improves their cohesion.
Ainsi, les supports 30 sont réalisés dans un matériau électriquement conducteur et, comme le montre la
Plus précisément, les supports 30 sont répartis, ici régulièrement, de façon circonférentielle tout autour du corps 10 et à distance les uns des autres.More precisely, the supports 30 are distributed, here regularly, circumferentially all around the body 10 and at a distance from each other.
Comme le montre la
Les seconds aimants unitaires 22 s’élèvent à partir d’une surface périphérique 11 du corps 10. Chaque surface périphérique 11 du corps 10 est destinée à être située en vis-à-vis d’un des supports 30.The second unit magnets 22 rise from a peripheral surface 11 of the body 10. Each peripheral surface 11 of the body 10 is intended to be located opposite one of the supports 30.
Dans ce premier mode de réalisation, pour chaque aimant 20, les seconds aimant unitaires 22 présentent plus spécifiquement une forme complémentaire de celle des premiers aimants unitaires 21 de manière à s’emboiter tel qu’illustré sur la
De préférence, pour chaque aimant 20, les premiers aimants unitaires 21 et les seconds aimants unitaires 22 sont plus spécifiquement conçus pour former un emboitement serré, c’est-à-dire avec très peu d’espace libre entre eux, ce qui permet de maximiser le volume de matériau magnétique. Comme détaillé ultérieurement, cet espace libre est avantageusement rempli par un matériau électriquement isolant.Preferably, for each magnet 20, the first unit magnets 21 and the second unit magnets 22 are more specifically designed to form a tight fit, that is to say with very little free space between them, which makes it possible to maximize the volume of magnetic material. As detailed later, this free space is advantageously filled with an electrically insulating material.
En variante, les premiers et seconds aimants unitaires peuvent s’emboiter de façon à former des canaux qui peuvent être utilisés pour refroidir le rotor.Alternatively, the first and second unit magnets may fit together to form channels which can be used to cool the rotor.
Pour réaliser cet emboitement serré, les premiers aimants unitaires 21 et les seconds aimants unitaires 22 présentent ici des formes semblables, comme c’est le cas dans les exemples illustrés sur les figures 3 à 5. De plus, les premiers aimants unitaires 21 sont régulièrement espacés sur les faces internes 31 et les seconds aimants unitaires 22 sont régulièrement espacés de façon similaire, i.e. avec le même espacement, sur les faces périphériques 11. On notera que les aimants unitaires 21, 22 positionnés en bordure des aimants 20 qui peuvent par exception présenter des formes différentes. Comme représenté sur les figures 2 et 3, les premiers aimants unitaires 21 et les seconds aimants unitaires 22 s’emboitent alors en les décalant d’un demi-espacement.To achieve this tight fit, the first unit magnets 21 and the second unit magnets 22 have similar shapes here, as is the case in the examples illustrated in Figures 3 to 5. In addition, the first unit magnets 21 are regularly spaced on the internal faces 31 and the second unit magnets 22 are regularly spaced in a similar manner, i.e. with the same spacing, on the peripheral faces 11. It will be noted that the unit magnets 21, 22 positioned at the edge of the magnets 20 which can by exception present different shapes. As shown in Figures 2 and 3, the first unit magnets 21 and the second unit magnets 22 then fit together by shifting them by half a spacing.
Dans l’exemple illustré en
Comme le montrent les figures 2 et 3, les aimants unitaires 21, 22 présentent deux faces principales 23a, 23b s’élevant à partir du corps 10 ou d’un support 30. Une fois le rotor 1 assemblé, chaque premier aimant unitaire 21 présente alors une de ses faces principales 23a qui s’étend en regard et à une distance inférieure à 1 mm de la face principale 23b d’un second aimant unitaire 22 adjacent. Les faces principales 23a, 23b de deux aimants unitaires 21, 22 adjacents s’étendent parallèlement l’une à l’autre.As shown in Figures 2 and 3, the unit magnets 21, 22 have two main faces 23a, 23b rising from the body 10 or a support 30. Once the rotor 1 is assembled, each first unit magnet 21 presents then one of its main faces 23a which extends opposite and at a distance less than 1 mm from the main face 23b of a second adjacent unit magnet 22. The main faces 23a, 23b of two adjacent unit magnets 21, 22 extend parallel to each other.
Les figurent 4 et 5 illustrent d’autres variantes de réalisation des aimants unitaires 21, 22. Dans l’exemple illustré en
Dans l’exemple illustré en
Dans ce premier mode de réalisation, la deuxième étape comprend la fabrication des supports 30 par découpe et empilement de tôles métalliques.In this first embodiment, the second step includes the manufacture of the supports 30 by cutting and stacking metal sheets.
Lors de la troisième étape, les premiers aimants unitaires 21 sont formés sur les surfaces internes 31 des supports 30. La formation d’aimants unitaires 21 de même forme et régulièrement espacés simplifie le procédé de projection à froid.During the third step, the first unit magnets 21 are formed on the internal surfaces 31 of the supports 30. The formation of unit magnets 21 of the same shape and regularly spaced simplifies the cold spraying process.
Lors de la quatrième étape, les seconds aimants unitaires 22 sont formés sur les surfaces périphériques 11 du corps 10. Le fait que les seconds aimants unitaires 22 présentent une forme semblable aux premiers aimants unitaires 21 simplifie le procédé de projection à froid.During the fourth step, the second unit magnets 22 are formed on the peripheral surfaces 11 of the body 10. The fact that the second unit magnets 22 have a shape similar to the first unit magnets 21 simplifies the cold spraying process.
La cinquième étape comprend l’emboitement des premiers aimants unitaires 21 avec les seconds aimants unitaires 22. La cinquième étape comprend donc le positionnement des faces principales 23a, 23b de deux aimants unitaires 21, 22 adjacents en regard l‘une de l’autre.The fifth step includes the interlocking of the first unit magnets 21 with the second unit magnets 22. The fifth step therefore includes the positioning of the main faces 23a, 23b of two adjacent unit magnets 21, 22 facing each other.
Dans l’exemple illustré aux figures 1 et 2, les surfaces internes 31 des supports 30 et les surfaces périphériques 11 du corps 10 (sur lesquelles sont formés les aimants unitaires) sont globalement planes. Comme le montrent les flèches sur la
Dans l’exemple illustré en
On introduit ici, en référence à la
La cinquième étape comprend ensuite la fixation des ensembles seconds aimants unitaires – support au corps 10. Dans ce mode premier mode de réalisation, les supports 30 sont ainsi fixés par rapport aux corps 10 par l’intermédiaires des aimants unitaires 21, 22.The fifth step then includes the fixing of the second unit magnet – support assemblies to the body 10. In this first embodiment, the supports 30 are thus fixed relative to the bodies 10 via the unit magnets 21, 22.
Ici, les ensembles seconds aimants unitaires – support sont collés au corps 10. Pour cela la cinquième étape comprend le dépôt d’une colle sur les premiers aimants unitaires 21 et/ou les seconds aimants unitaires 22 avant leur emboitement. La colle est par exemple déposée sur les faces principales 23a, 23b des aimants unitaires 21, 22. La colle est par exemple une résine époxy, une colle bi-composant ou une colle thermodurcissable. La colle est de préférence électriquement isolante.Here, the second unit magnets – support assemblies are glued to the body 10. For this, the fifth step includes the deposition of a glue on the first unit magnets 21 and/or the second unit magnets 22 before their nesting. The glue is for example deposited on the main faces 23a, 23b of the unit magnets 21, 22. The glue is for example an epoxy resin, a two-component glue or a thermosetting glue. The glue is preferably electrically insulating.
En variante, les ensembles seconds aimants unitaires – support peuvent être fixés au corps par une bande adhésive, des vis ou encore des moyens de fixation externes tels que des frettes entourant les supports de façon circonférentielle. Dans cette variante, un isolant électrique est placé entre les premières et secondes aimants unitaires.Alternatively, the second unit magnet – support assemblies can be fixed to the body by an adhesive strip, screws or even external fixing means such as hoops surrounding the supports circumferentially. In this variant, an electrical insulator is placed between the first and second unit magnets.
Ainsi, avantageusement, dans ce premier mode de réalisation, les aimants unitaires 21, 22 de chaque aimant 20 sont donc séparés les uns des autres par une couche de matériau électriquement isolant, ici une couche de colle. Cette couche de matériau isolant permet de réduire encore plus les courants de Foucault par rapport à des aimants unitaires qui seraient en contact.Thus, advantageously, in this first embodiment, the unit magnets 21, 22 of each magnet 20 are therefore separated from each other by a layer of electrically insulating material, here a layer of glue. This layer of insulating material makes it possible to further reduce eddy currents compared to single magnets which would be in contact.
Avantageusement, l’emboitent des premiers aimants unitaires 21 avec les seconds aimants unitaires 22 offre des surfaces de collage importantes ce qui permet de solidement fixer les supports 30 au corps 10. Les aimants unitaires 21, 22 en forme de plot tels qu’illustrés sur la
Un second mode de réalisation du procédé de fabrication du rotor 1 selon l’invention est représenté sur les figures 7 à 10.A second embodiment of the method of manufacturing the rotor 1 according to the invention is shown in Figures 7 to 10.
Ce second mode de réalisation se caractérise par le fait que, lors de la quatrième étape, les seconds aimants unitaires 22 sont aussi formés sur les supports 30. Cela signifie que les aimants 20 sont intégralement formés sur les supports 30 puis rapportés sur le corps 10. Comme le montrent les figures 8 et 10, le corps 10 comprend ici des logements 12 dans lesquelles il est prévu d’insérer les aimant 20.This second embodiment is characterized by the fact that, during the fourth step, the second unit magnets 22 are also formed on the supports 30. This means that the magnets 20 are integrally formed on the supports 30 then attached to the body 10 As shown in Figures 8 and 10, the body 10 here comprises housings 12 in which the magnets 20 are intended to be inserted.
Comme le montre bien la
On introduit ici, en référence à la
Dans ce second mode de réalisation, les seconds aimants unitaires 22 sont formés sur la surface externe 32 des supports 30. Les premiers aimants unitaires 21 sont quant à eux formés sur la surface interne 31 des supports 30.In this second embodiment, the second unit magnets 22 are formed on the external surface 32 of the supports 30. The first unit magnets 21 are for their part formed on the internal surface 31 of the supports 30.
De préférence, les supports 30 sont réalisés dans un matériau électriquement isolant, c’est-à-dire qui ne conduit pas ou très faiblement les courants électriques. Les supports 30 sont par exemple réalisés en céramique, par exemple une céramique comprenant de l’oxyde d’aluminium, en verre, en pierre ou en béton.Preferably, the supports 30 are made of an electrically insulating material, that is to say which does not conduct electric currents or only very weakly. The supports 30 are for example made of ceramic, for example a ceramic comprising aluminum oxide, glass, stone or concrete.
Ainsi, les premiers aimants unitaires 21 sont particulièrement bien isolés électriquement des seconds aimants unitaires 22, ce qui permet de réduire efficacement les courants de Foucault au sein des aimants 20, davantage que dans le premier mode de réalisation.Thus, the first unit magnets 21 are particularly well electrically isolated from the second unit magnets 22, which makes it possible to effectively reduce the eddy currents within the magnets 20, more than in the first embodiment.
Un exemple de rotor 1 selon le second mode de réalisation est illustré aux figures 7 et 8. Comme le montre bien la
Dans cet exemple, sur chaque support 30, les aimant unitaires 21, 22 forment des reliefs séparés les uns des autres et s’élevant à partir de chacune des surfaces opposées du support 30. Les aimants unitaires 21, 22 forment plus particulièrement des nervures rectilignes s’étendant parallèlement à l’axe de rotation A1, ce qui permet par la suite l’insertion de l’ensemble aimant – support dans un logement 12 selon l’axe de rotation A1. La section d’un aimant unitaire 21 dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A1 présente ici une forme de trapèze isocèle, à l’exception de ses extrémités qui sont arrondies.In this example, on each support 30, the unit magnets 21, 22 form reliefs separated from each other and rising from each of the opposite surfaces of the support 30. The unit magnets 21, 22 more particularly form rectilinear ribs extending parallel to the axis of rotation A1, which subsequently allows the insertion of the magnet – support assembly in a housing 12 along the axis of rotation A1. The section of a unit magnet 21 in a plane perpendicular to the axis of rotation A1 here has the shape of an isosceles trapezoid, with the exception of its ends which are rounded.
Dans cet exemple, sur chaque support 30, la base 24a, 24b des aimants unitaires 21, 22, c’est-à-dire leur surface de contact avec le support 30, s’étend en regard et à une distance inférieure à 1 mm d’une ou de deux autres bases 24a, 24b.In this example, on each support 30, the base 24a, 24b of the unit magnets 21, 22, that is to say their contact surface with the support 30, extends opposite and at a distance less than 1 mm one or two other bases 24a, 24b.
Lorsque les supports 30 sont plans, et donc que les aimants unitaires 21, 22 forment des reliefs, il est prévu que les logements 12 présentent aussi des reliefs de forme complémentaire à celle des aimants unitaires 21, 22. Ainsi, par exemple, le logement 12 illustré en
Un autre exemple de rotor 1 selon le second mode de réalisation est illustré aux figures 9 et 10. Comme le montre bien la
Comme le montre la
Les reliefs de remplissage 33 peuvent présenter d’autres formes, par exemple des formes adaptées pour fabriquer les aimants unitaires 21, 22 tels que représentés sur les figures 4 ou 5.The filling reliefs 33 may have other shapes, for example shapes adapted to manufacture the unit magnets 21, 22 as shown in Figures 4 or 5.
Dans tous ces exemples où les supports 30 présentent des reliefs de remplissage 33, les ensembles aimant – support et les logements 12 présentent préférentiellement deux faces principales 35 planes telles que représentées sur la
Dans ce second mode de réalisation, la première étape du procédé de fabrication du rotor 1 comprend aussi la fabrication du corps 10 par découpe et empilement de tôles métalliques 15. Les tôles métalliques 15 sont découpées de façon à former les logements 12. Ici, les tôles sont découpées et placées les unes par rapport aux autres de façon identique. Les logements 12 forment ainsi des canaux de section uniforme s’étendant selon l’axe de rotation A1.In this second embodiment, the first step of the process for manufacturing the rotor 1 also includes the manufacture of the body 10 by cutting and stacking metal sheets 15. The metal sheets 15 are cut so as to form the housings 12. Here, the Sheets are cut and placed in relation to each other in an identical manner. The housings 12 thus form channels of uniform section extending along the axis of rotation A1.
La deuxième étape comprend la fourniture ou la fabrication des supports 30.The second step includes the supply or manufacture of the supports 30.
Dans ce second mode de réalisation, lors de la troisième étape, les premiers aimants unitaires 21 sont formés sur les surfaces internes 31 des supports 30. Les premiers aimants unitaires 21 peuvent être formés en s’élevant à partir des surfaces internes 31 planes, comme sur les figures 7 et 8, ou par remplissage des reliefs de remplissage 33, comme sur les figures 9 et 10.In this second embodiment, during the third step, the first unit magnets 21 are formed on the internal surfaces 31 of the supports 30. The first unit magnets 21 can be formed by rising from the flat internal surfaces 31, as in Figures 7 and 8, or by filling the filling reliefs 33, as in Figures 9 and 10.
De la même manière, lors de la quatrième étape, les seconds aimant unitaires 22 sont formés sur les surfaces externes 32 des supports 30. Les seconds aimants unitaires 21 peuvent être formés en s’élevant à partir des surfaces externes 32 planes, comme sur les figures 7 et 8, ou par remplissage des reliefs de remplissage 33, comme sur les figures 9 et 10.Likewise, in the fourth step, the second unit magnets 22 are formed on the outer surfaces 32 of the supports 30. The second unit magnets 21 can be formed by rising from the planar outer surfaces 32, as on the Figures 7 and 8, or by filling the filling reliefs 33, as in Figures 9 and 10.
On notera ici que la notion de positionnement revient à former les seconds aimants unitaires 22. La quatrième étape comprend ainsi, pour chaque premier aimant unitaire 21, le positionnement d’une face d’un second aimant unitaire 22 en regard d’une des faces du premier aimant unitaire 21. Les faces en regards de deux aimants unitaires adjacents 21, 22 pouvant être les faces principales 23a, 23b (figures 9 et 10) ou les bases 24a, 24b (figures 7 et 8).It will be noted here that the notion of positioning amounts to forming the second unit magnets 22. The fourth step thus comprises, for each first unit magnet 21, the positioning of one face of a second unit magnet 22 facing one of the faces of the first unit magnet 21. The facing faces of two adjacent unit magnets 21, 22 can be the main faces 23a, 23b (Figures 9 and 10) or the bases 24a, 24b (Figures 7 and 8).
La cinquième étape comprend le positionnement, ici par insertion, des ensembles aimant – support dans les logements 12.The fifth step includes the positioning, here by insertion, of the magnet – support assemblies in the housings 12.
De préférence, avant l’insertion, de la colle est disposée sur les ensembles aimant – support. Ainsi, une fois insérés et une fois que la colle est solidifiée, les ensembles aimant – support sont fixés dans les logements 12. Dans ce second mode de réalisation, les supports 30 est ainsi fixés par rapport au corps 10 par l’intermédiaire des aimants unitaires 21, 22.Preferably, before insertion, glue is placed on the magnet – support assemblies. Thus, once inserted and once the glue has solidified, the magnet – support assemblies are fixed in the housings 12. In this second embodiment, the supports 30 are thus fixed relative to the body 10 via the magnets units 21, 22.
En variante, on peut prévoir de fixer les ensemble aimant – support par d’autres moyens tels qu’une insertion en force, des vis ou des pièces de maintien obstruant les logements.Alternatively, it is possible to plan to fix the magnet – support assembly by other means such as forceful insertion, screws or retaining parts obstructing the housings.
La présente invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention.The present invention is in no way limited to the embodiments described and represented, but those skilled in the art will be able to make any variation conforming to the invention.
Ainsi, les deux modes de réalisation présentés sont combinables. Il est par exemple possible de mettre en œuvre une plaque de céramique sur laquelle les aimants unitaires sont déposés sur une surface, puis de venir coller la surface opposée de la plaque sur le corps et sur des aimants unitaires qui ont été déposés sur le corps.Thus, the two embodiments presented can be combined. It is for example possible to use a ceramic plate on which the unit magnets are deposited on one surface, then to glue the opposite surface of the plate on the body and on unit magnets which have been deposited on the body.
Les aimants unitaires peuvent aussi s’étendre selon d’autres directions que celle de l’axe de rotation, par exemple selon des directions orthoradiales, i.e. orthogonales à l’axe de rotation et à une direction radiale.The unit magnets can also extend in directions other than that of the axis of rotation, for example in orthoradial directions, i.e. orthogonal to the axis of rotation and to a radial direction.
Il est aussi possible de prévoir que le rotor comprenne plusieurs couches d’aimants fabriqués selon l’invention empilées radialement. Cela permet notamment de réaliser un moteur synchrone à reluctance assisté par aimants permanents. Un tel rotor peut par exemple être fabriqué en imbriquant plusieurs supports en forme de V, adapté de celui représenté sur la
Enfin, bien que les figures illustrent uniquement l’invention dans le cadre d’un rotor pour machine électrique à flux radial, l’invention dans sa formulation la plus générale est tout à fait adaptée à la fabrication d’un rotor pour machine électrique à flux axial.It is also possible for the rotor to comprise several layers of magnets manufactured according to the invention stacked radially. This makes it possible in particular to produce a synchronous reluctance motor assisted by permanent magnets. Such a rotor can for example be manufactured by nesting several V-shaped supports, adapted from that shown on the
Finally, although the figures only illustrate the invention in the context of a rotor for an electric machine with radial flux, the invention in its most general formulation is entirely suitable for the manufacture of a rotor for an electric machine with axial flow.
Claims (10)
- formation du premier aimant unitaire (21) par dépôt d’une matière magnétique sur un support (30) distinct du corps (10) ;
- fixation du support (30) au corps (10).Method of manufacturing a rotor (1) for an electric machine comprising a body (10) and at least one magnet (20) which is carried by the body (10) and which comprises at least a first unitary magnet (21) and at least a second unitary magnet (22), said method comprising the following steps:
- formation of the first unit magnet (21) by depositing a magnetic material on a support (30) separate from the body (10);
- fixing the support (30) to the body (10).
- un corps (10) ;
- au moins un aimant qui est porté par le corps (10) ; et
- un support (30) distinct du corps (10) et rapporté sur le corps (10) ;
caractérisé en ce que ledit aimant comprend au moins :
- un premier aimant unitaire (21) qui formé par dépôt d’une matière magnétique sur le support (30) ; et
- un second aimant unitaire (22).
Rotor (1) for an electric machine comprising:
- a body (10);
- at least one magnet which is carried by the body (10); And
- a support (30) distinct from the body (10) and attached to the body (10);
characterized in that said magnet comprises at least:
- a first unitary magnet (21) which is formed by depositing a magnetic material on the support (30); And
- a second unitary magnet (22).
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| FR2201220A FR3132803A1 (en) | 2022-02-11 | 2022-02-11 | Process for manufacturing a rotor for an electric machine |
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|---|---|---|---|
| FR2201220 | 2022-02-11 | ||
| FR2201220A FR3132803A1 (en) | 2022-02-11 | 2022-02-11 | Process for manufacturing a rotor for an electric machine |
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|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023152228A1 (en) | 2023-08-17 |
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